CN103472780A - 对机车及其同步装置进行监测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种对机车及其同步装置进行监测的系统和方法。所述系统包括车载监测子系统和地面综合应用子系统。其中，所述车载监测子系统包括车载通信单元、外设接口单元、中央处理单元、存储单元以及电源管理单元。所述地面综合应用子系统包括地面通信单元、数据处理单元以及应用服务接口单元。本发明所公布的系统还包括快照模式。本发明能对万吨重联机车及其同步装置进行实时监测，并能使工程人员在故障发生后回溯故障发生时的机车及其同步装置的各项参数，因此工程人员可有效排查事故发生原因并尽早定位事故点。

Description

对机车及其同步装置进行监测的系统和方法

技术领域

本发明涉及万吨重联机车领域，特别涉及万吨重联机车的远程监测。

背景技术

随着铁路运输的发展，对国内货运铁路的重载要求也日益提高。目前在很多地方已经开始利用机车同步装置，机车同步装置能协调控制多台货运机车，将多台货运机车编组成万吨重联机车，实现重联运行，从而提升铁路运力。现阶段，还不能将机车同步装置的同步操纵数据和故障信息等实时传回地面，地面管理人员和专家因此无法对万吨重联机车实施有效远程监控。特别的，瞬态故障发生前后的各种信息对于排查事故原因和定位事故点有着非常重要的意义，而现有技术无法在故障发生后还原故障发生前后的机车和同步装置的信息。上述信息的缺乏，给对事故机车进行维修带来了很大障碍，也不利于设计人员进一步尽早确认问题来优化整个机车系统设计。

发明内容

本发明提供了一种实时监测万吨重联机车及其同步装置的系统和方法，特别的，所述系统和方法能保存瞬态故障发生前后的数据以使得在机车进站后对故障做回溯分析。

根据本发明的一个方面提供了一种对机车及其同步装置进行监测的系统，所述系统包括车载监测子系统和地面综合应用子系统。其中，所述车载监测子系统包括：车载通信单元，用于向所述地面综合应用子系统发送数据，并接收来自所述地面综合应用子系统的数据；外设接口单元，用于提供所述车载监测子系统与外部设备相连的接口；中央处理单元，所述中央处理单元用于接收和处理来自所述车载检测子系统的其他单元的数据，并向所述其他单元输出数据；存储单元，用于存储所述中央处理单元发来的所述数据；以及电源管理单元，用于向所述车载监测子系统内的其他单元提供电压。所述地面综合应用子系统包括：地面通信单元，用于向所述车载监测子系统发送数据，并接收来自所述车载监测子系统的数据；数据处理单元，用于分析、处理和存储来自所述地面综合应用子系统中其他部件的数据，并向所述其他部件发送数据；以及应用服务接口单元，向用户提供各种交互应用。

所述车载监测子系统接收到的来自所述地面综合应用子系统的数据包括表示指令的数据，所述指令包括用于指示所述车载监测子系统向所述地面综合应用子系统发送的数据的类别、数据量、发送时间和发送频率的指令。

特别的，所述车载监测子系统中的所述存储单元包括临时缓存子单元和长期存储子单元，当所述车载监测子系统的快照模式被触发时，此时存储在所述临时缓存子单元中的部分或全部数据被复制到所述长期存储子单元，并且在被触发的时刻之后的设定的时间段内存入所述临时缓存子单元的部分或全部数据也被复制到所述长期存储子单元；在非快照模式下，所述车载监测子系统将要保存的数据存在所述临时缓存子单元。

上述快照模式的触发方式包括：自动触发模式，指当所述中央处理单元判断所述中央处理单元接收到的数据符合触发所述快照模式的预设条件时，自动触发所述快照模式；或者强制触发模式，指所述中央处理中心通过所述外设接口或所述车载通信单元收到表示触发指令的数据后，所述中央处理单元被强制触发所述快照模式。

所述机车监测子系统中的所述外设接口单元包括RS485通信总线、RS232通信总线、MVB机车总线、视频输入接口、以太网接口和数字信号插件接口中的一种或几种。

所述机车监测子系统可通过所述外部接口单元与机车同步装置、机车安全运行装置、机车传动控制单元、逻辑控制设备、显示屏、摄像头、司机操作台和烟火报警装置中的一种或几种相连。

所述地面综合应用子系统中的数据处理单元包括数据处理模块和数据库。特别的，所述数据处理模块包括实时数据处理子模块和非实时数据处理子模块，其中所述实时数据处理子模块处理表示机车和/或同步装置实时的运行状态和/或故障信息的数据，所述非实时数据处理子模块处理表示机车和/或同步装置非实时的运行状态和/或故障信息的数据。所述非实时数据包括快照模式下存储在所述长期存储子单元中的数据。

根据本发明的另一方面提供了一种对机车及其同步装置进行监测的方法，所述方法包括：车载监测子系统通过外设接口单元与外部设备交互，车载监测子系统通过车载通信单元接收来自地面综合应用子系统的数据；所述车载监测子系统的中央处理单元汇总和处理来自所述外设接口单元和所述车载通信单元的所述数据，并将要保存的数据存到所述车载监测子系统中的存储单元；所述车载通信单元将所述存储单元中要发送的数据经无线网络发送给所述地面综合应用子系统；所述地面综合应用子系统的地面通信单元接收来自所述车载监测子系统的数据；所述地面综合应用子系统中的数据处理单元对所述地面通信单元接收到的数据进行处理和存储，并向所述地面综合应用子系统的应用服务接口单元提供数据支持；所述地面综合应用子系统一侧的用户通过所述应用服务接口单元了解和分析所述机车和/或所述同步装置的运行状况和/或故障信息。

所述车载监测子系统接收到的来自所述地面综合应用子系统的数据包括表示指令的数据，所述指令包括用于指示所述车载监测子系统向所述地面综合应用子系统发送的所述数据的类别、数据量、发送时间和发送频率的指令。

特别的，所述方法进一步包括将所述车载监测子系统的所述存储单元分为暂时缓存单元和长期存储子单元；当在机车运行时所述车载监测子系统的快照模式被触发时，将部分或全部存储在所述暂时缓存单元中的数据复制到所述长期存储子单元，并把被触发时刻之后的预定时间的时间段内存入所述暂时缓存单元的部分或全部数据复制到所述长期存储子单元。

触发上述快照模式的方法包括：自动触发模式，指当所述中央处理单元判断所述中央处理单元接收到的数据符合预设条件时，所述中央处理中心自动触发所述快照模式；或者强制触发模式，指所述中央处理中心通过所述外设接口或所述车载通信单元收到表示触发指令的数据后，所述中央处理单元被强制触发所述快照模式。

本发明能将机车及其同步装置的运行状态和/故障信息及时传回地面，有利于故障的及时处理，并能将瞬态事故发生前后的信息保存下来，使相关人员在机车进站后进行回溯分析。

附图说明

下面将结合附图对本发明做更详细的描述。附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件。

图1示出了采用根据本发明的一个优选实施方式的对机车及其同步装置进行监测的系统的整体框图；

图2示出了根据本发明的一个优选实施方式的车载监测子系统的框图和对该车载监控子系统的应用；

图3示出了根据本发明的一个优选实施方式的地面综合应用子系统的框图；以及

图4示出了根据本发明的一个优选实施方式的对机车及其同步装置进行监测的方法的流程图。

附图标记说明

1车载监测子系统 2地面综合应用子系统

11车载通信单元  12外设接口单元

13中央处理单元  14存储单元

141临时缓存单元 142长期存储单元

15电源管理单元  21地面通信单元

22数据处理单元  23应用服务接口单元

221实时数据处理 222非实时数据处理

223管理子数据库 224基础编码子数据库

225业务子数据库 231同步装置监测模块

232机车运行状态监测模块

233故障报警模块    234专家诊断模块

235统计管理模块    236其他设备状态监测模块

31机车同步装置     32机车安全运行装置

33机车传动控制单元 34触控显示屏

35逻辑控制设备     36烟火报警装置

37摄像头           38司机操作台

41机务检修管理系统 42机车运用管理系统

具体实施方式

根据本发明的一个方面提供了一种对机车及其同步装置进行监测的系统，所述系统包括车载监测子系统和地面综合应用子系统。其中，所述车载监测子系统包括：车载通信单元，用于向所述地面综合应用子系统发送数据，并接收来自所述地面综合应用子系统的数据；外设接口单元，用于提供所述车载监测子系统与外部设备相连的接口；中央处理单元，所述中央处理单元用于接收和处理来自所述车载检测子系统的其他单元的数据，并向所述其他单元输出数据；存储单元，用于存储所述中央处理单元发来的所述数据；以及电源管理单元，用于向所述车载监测子系统内的其他单元提供电压。所述地面综合应用子系统包括：地面通信单元，用于向所述车载监测子系统发送数据，并接收来自所述车载监测子系统的数据；数据处理单元，用于分析、处理和存储来自所述地面综合应用子系统中其他部件的数据，并向所述其他部件发送数据；以及应用服务接口单元，向用户提供各种交互应用。本发明所公布的系统进一步包括快照模式。

图1示出了采用根据本发明的一个优选实施方式的对机车及其同步装置进行监测的系统的整体框图。从图1中可看出，根据本实施方式的系统可分为车载监测子系统1和地面综合应用子系统2。车载监测子系统1和各种车载设备相连，包括机车同步装置31、机车安全运行装置32、机车传动控制单元33、触控显示屏34等。地面综合应用子系统2和各种地面系统相连，包括机务检修管理系统41和机车运用管理系统42等。车载监测子系统1和地面综合应用子系统2间通过无线网络进行通信。根据需要，所述无线通信方式可采用WiFi、GPRS、3G、LTE和4G等。

图2示出了根据本发明的一个优选实施方式的车载监测子系统1的框图和对该车载监控子系统1的应用。

其中车载通信单元11完成无线信号收发的功能。实现中，考虑到视频信息的传输，车载通信单元11采用3G无线通信方式，可接收来自地面综合应用子系统2的指令，并根据指令将反映机车和/或同步装置的运行状态和/或故障信息的数据发射给地面综合应用子系统2。

外设接口单元12为车载监测子系统1提供了丰富的可扩展的外设接口，包括RS485通信总线接口、MVB机车总线接口、视频输入接口、以太网接口和数字信号插件接口等，使得中央处理单元3完成与各种第三方设备间的数据交互。其中车载监测子系统1通过MVB机车总线实现车载监测子系统1与机车同步装置31等间的数据交互；通过RS485总线实现车载监测子系统1与机车安全运行装置32、机车传动控制单元33、逻辑控制设备35和烟火报警装置36等间的数据交互；通过以太网接口实现车载监测子系统1与触控显示屏34等间的数据交互；通过视频输入接口连接摄像头37；以及通过数字信号插件接口完成与司机操作台38等间的数据交互。可替换的，根据需要，图2所示的优选实施方式所包含的外设接口单元可部分或全部替换为适配对应第三方设备的其他类型的接口，如将RS485通信总线部分或全部替换为RS232通信总线。

中央处理单元13采用高性能处理器，可对接收到的数据进行汇总和处理，并把准备发送的信息存到存储单元14的临时缓存子单元141中。存储单元14包括临时缓存子单元141和长期存储子单元142。本实施方式中，临时缓存子单元141采取先进先出的方式，一共可存储10秒的数据，每次刷新2秒的数据。可理解，临时缓存子单元141的实现形式、存储空间和刷新时间等都可根据需要修改和设置，并不受限制于本实施方式。

中央处理单元13根据接收到的来自地面综合应用子系统2的指令，按照一定的频率将一定类别一定数据量的数据通过车载通信单元11发射出去，例如，可设置每5秒发射一次，每次发射包含2秒钟时长内的机车同步运行装置31和机车安全运行装置32的运行状态和/或故障信息的数据。由于根据本实施方式的车载监测子系统1可在机车行驶过程中随时接收来自地面综合应用子系统2的指令，所以地面控制人员可根据实时需要调整发射数据的类别、数据量、发送时间和发送频率，高效的获得所需要的信息。

特别的，当中央处理单元13对收到的数据进行汇总和处理的过程中，会将接收到的数据与中央处理单元13的内部预设值做比较，如果经过比较后发现机车和/或同步装置的运行状态不正常，判断有故障发生，则自动触发快照模式。此外，还可通过强制手段触发快照模式：司乘人员可通过触控显示屏34或司机操作台38的开关触发快照模式，以及地面控制人员可通过地面综合应用子系统2发出触发快照模式的指令。当快照模式被触发时，中央处理单元13将临时缓存子单元141中共10秒的数据（也可根据需要只复制一部分，例如5秒等）复制到长期存储子单元142中，同时将接下来10秒（可根据需要设置为其他时间长，例如5秒等）内存入临时缓存子单元141的数据也复制到长期存储子单元142中。机车进站后，地面控制人员可根据长期存储子单元142中的信息回溯得到瞬态事故发生前后机车的各个参数，尽快定位事故原因和事故点并进行维修和改进。

图2中的电源管理单元15向车载监测子系统1内各个子单元提供其所需的电压。

图3示出了根据本发明的一个优选实施方式的地面综合应用子系统2的框图。地面综合应用子系统2包括地面通信单元21、数据处理单元22和应用服务接口单元23。本实施方式中，地面通信单元21完成3G无线数据的发送和接收。本实施方式中，数据处理单元22和应用服务接口单元23在服务器上实现。数据处理单元22包括数据处理模块和数据库。其中根据所处理的信息种类，又将数据处理模块划分为实时数据处理子模块221和非实时处理子模块222。实时数据处理子模块221处理表示机车和/或同步装置实时的运行状态和/或故障信息的数据，非实时数据处理子模块222处理表示机车和/或同步装置非实时的运行状态和/或故障信息的数据，所述非实时数据包括所述快照模式下存储在所述长期存储子单元中的数据。本实施方式中，数据处理单元22的数据库按照实际功能，分为管理子数据库223、基础编码子数据库224和业务子数据库225。其中管理子数据库223主要用于建立、存取和更新数据库中的信息，并关联各子数据库；基础编码子数据库224管理和收集万吨重联列车质量信息，自动生成各种技术台帐、机车、部件电子档案，建立编码数据字典，例如可根据工程人员经验或以往故障生成事故自动识别表，其中每一种事故发生时的特定的机车和/或同步装置的状态对应一个特定的编码，可简化用户的分析和判断过程；业务子数据库225则直接为应用服务接口单元提供海量数据支撑。应用服务接口单元23可根据功能被划分为同步装置监测模块231、机车运行状态监测模块232、故障报警模块233、专家诊断模块234、统计管理模块235、其他设备状态监测模块236等，为各业务用户提供应用接口。应用服务接口单元23中的应用程序可通过软件编程进行删除、修改和添加。

可替换的，根据需要和应用场景，上述图2和图3所示的实施方式中的无线通信可采用WiFi、GPRS、LTE和4G等。

根据本发明的另一方面提供了一种对机车及其同步装置进行监测的方法，所述方法包括：车载监测子系统通过外设接口单元与外部设备交互，车载监测子系统通过车载通信单元接收来自地面综合应用子系统的数据；所述车载监测子系统的中央处理单元汇总和处理来自所述外设接口单元和所述车载通信单元的所述数据，并将要保存的数据存到所述车载监测子系统中的存储单元；所述车载通信单元将所述存储单元中要发送的数据经无线网络发送给所述地面综合应用子系统；所述地面综合应用子系统的地面通信单元接收来自所述车载监测子系统的数据；所述地面综合应用子系统中的数据处理单元对所述地面通信单元接收到的数据进行处理和存储，并向所述地面综合应用子系统的应用服务接口单元提供数据支持；所述地面综合应用子系统一侧的用户通过所述应用服务接口单元了解和分析所述机车和/或所述同步装置的运行状况和/或故障信息。本发明所公布的方法进一步包括快照方法。

图4示出了根据本发明的一个优选实施方式的对机车及其同步装置进行监测的方法的流程图。S01，车载监测子系统通过外设接口单元与外部设备交互，这个过程中车载监测子系统收集表示机车和/或同步装置的运行状态和/或故障信息的数据，通过车载通信单元接收来自地面综合应用子系统的包括表示指令的数据；S02，车载监测子系统的中央处理单元汇总和处理所述数据，并将要保存的信息实时存到所述车载监测子系统中的存储单元；S03，所述车载监测子系统根据地面综合应用子系统所发出的指令，将存储单元中要发送的数据通过车载通信单元发送；S04，所述地面综合应用子系统的地面通信单元接收来自所述车载监测子系统发出的数据；S05，所述地面综合应用子系统中的数据处理单元对所述地面通信单元接收到的数据进行分析、处理和存储，并向所述地面综合应用子系统的应用服务接口单元提供数据支持；S06，地面综合应用子系统一侧的用户通过所述应用服务接口单元了解和分析所述机车和/或所述同步装置的运行状况和/或故障信息，并能在故障发生后根据长期存储单元中储存的数据回溯分析故障发生时的状况。

特别的，根据本发明所公布的实施方式，车载监测子系统的中央处理单元在汇总和处理所述数据时，还可根据接收到的所述数据判断机车和/或同步装置是否发生故障以自动触发快照模式，或判断中央处理单元是否收到来自外设接口单元或来自车载通信单元的快照模式触发指令来强制触发快照模式。如果快照模式被触发，触发时所述存储单元的临时存储子单元中的部分或全部数据被复制到存储单元中的长期存储子单元，并且在快照模式被触发后的预定的时间段内输入临时存储子单元的部分或全部数据也被复制到长期存储子单元。相关人员可在故障发生后根据需要调取所述长期存储子单元中的数据，以了解故障发生前后的信息。

本发明能将机车及其同步装置的运行状态和/故障信息及时传回地面，有利于故障的及时处理，并能将瞬态事故发生前后的信息保存下来，使相关人员在机车进站后进行回溯分析。

尽管出于解释说明的目的已经公开了本发明的实施例，但是应理解为本发明不限于此，并且本领域技术人员应理解各种不偏离本发明的范围和主旨的修改、增加和替代是可能的。

相应地，任何和所有修改、变化或等效安排应考虑进本发明的范围，并且本发明的详细范围将通过随附的权利要求书公开。

Claims (10)

1.一种对机车及其同步装置进行监测的系统，所述系统包括车载监测子系统和地面综合应用子系统，

其中，所述车载监测子系统包括：

车载通信单元，用于向所述地面综合应用子系统发送数据，并接收来自所述地面综合应用子系统的数据；

外设接口单元，用于提供所述车载监测子系统与外部设备相连的接口；

中央处理单元，所述中央处理单元用于接收和处理来自所述车载监测子系统的其他单元的数据，并向所述其他单元输出数据；

存储单元，用于存储所述中央处理单元发来的所述数据；以及

电源管理单元，用于向所述车载监测子系统内的其他单元供电；

所述地面综合应用子系统包括：

地面通信单元，用于向所述车载监测子系统发送数据，并接收来自所述车载监测子系统的数据；

数据处理单元，用于分析、处理和存储来自所述地面综合应用子系统中其他部件的数据，并向所述其他部件发送数据；以及

应用服务接口单元，向用户提供各种交互应用。

2.根据权利要求1所述的对机车及其同步装置进行监测的系统，其中所述车载监测子系统接收到的来自所述地面综合应用子系统的数据包括表示指令的数据，所述指令包括用于指示所述车载监测子系统向所述地面综合应用子系统发送的数据的类别、数据量、发送时间和发送频率的指令。

3.根据权利要求1所述的对机车及其同步装置进行监测的系统，其特征在于，所述车载监测子系统中的所述存储单元包括临时缓存子单元和长期存储子单元，当所述车载监测子系统的快照模式被触发时，此时存储在所述临时缓存子单元中的部分或全部数据被复制到所述长期存储子单元，并且在被触发的时刻之后的设定的时间段内存入所述临时缓存子单元的部分或全部数据也被复制到所述长期存储子单元；在非快照模式下，所述车载监测子系统将要保存的数据存在所述临时缓存子单元。

4.根据权利要求3所述的对机车及其同步装置进行监测的系统，其中所述快照模式的触发方式包括：

自动触发模式，指当所述中央处理单元判断所述中央处理单元接收到的数据符合触发所述快照模式的预设条件时，自动触发所述快照模式；或者

强制触发模式，指所述中央处理单元通过所述外设接口单元或所述车载通信单元接收到表示触发指令的数据后，所述中央处理单元强制触发所述快照模式。

5.根据权利要求1所述的对机车及其同步装置进行监测的系统，其中所述外设接口单元包括RS485通信总线、RS232通信总线、MVB机车总线、视频输入接口、以太网接口和数字信号插件接口中的一种或几种；以及其中所述外部设备包括机车同步装置、机车安全运行装置、机车传动控制单元、逻辑控制单元、显示屏、摄像头、司机操作台和烟火报警装置中的一种或几种。

6.根据权利要求3所述的对机车及其同步装置进行监测的系统，其中所述的数据处理单元包括数据处理模块和数据库，

所述数据处理模块包括实时数据处理子模块和非实时数据处理子模块，其中所述实时数据处理子模块处理表示机车和/或同步装置的实时运行状态和/或故障信息的数据，所述非实时数据处理子模块处理表示机车和/或同步装置的非实时运行状态和/或故障信息的数据，所述非实时数据包括存储在所述长期存储子单元中的数据。

7.一种对机车及其同步装置进行监测的方法，所述方法包括：

车载监测子系统通过外设接口单元与外部设备交互，车载监测子系统通过车载通信单元接收来自地面综合应用子系统的数据；

所述车载监测子系统的中央处理单元接收和处理来自所述外设接口单元和所述车载通信单元的数据，并将要保存的数据存到所述车载监测子系统中的存储单元；

所述车载通信单元将所述存储单元中要发送的数据经无线网络发送给所述地面综合应用子系统；

所述地面综合应用子系统的地面通信单元接收来自所述车载监测子系统的数据；

所述地面综合应用子系统中的数据处理单元对所述地面通信单元接收到的数据进行处理和存储，并向所述地面综合应用子系统的应用服务接口单元提供数据支持；

所述地面综合应用子系统一侧的用户通过所述应用服务接口单元监测所述机车和/或所述同步装置的运行状况和/或故障信息。

8.根据权利要求7所述的对机车及其同步装置进行监测的方法，所述车载监测子系统接收到的来自所述地面综合应用子系统的数据包括表示指令的数据，所述指令包括用于指示所述车载监测子系统向所述地面综合应用子系统发送的所述数据的类别、数据量、发送时间和发送频率的指令。

9.根据权利要求7所述的对机车及其同步装置进行监测的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述车载监测子系统的所述存储单元分为暂时缓存单元和长期存储子单元；当所述车载监测子系统的快照模式被触发时，将部分或全部存储在所述暂时缓存单元中的数据复制到所述长期存储子单元，并把被触发时刻之后的预定时间的时间段内存入所述暂时缓存单元的部分或全部数据复制到所述长期存储子单元。

10.根据权利要求9所述的对机车及其同步装置进行监测的方法，其中触发所述车载监测子系统的所述快照模式的方法包括：

自动触发模式，指当所述中央处理单元判断所述中央处理单元接收到的数据符合预设条件时，所述中央处理中心自动触发所述快照模式；或者

强制触发模式，指所述中央处理中心通过所述外设接口单元或所述车载通信单元收到表示触发指令的数据后，所述中央处理单元被强制触发所述快照模式。

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